農(nóng)業(yè)生態(tài)學第一章緒論

1、第一章 緒論 農(nóng)業(yè)生態(tài)學 （agroecology) 農(nóng)業(yè)生態(tài)學是用生態(tài)學和系統(tǒng)論的原理和方法 , 將農(nóng)業(yè)生物與其自然環(huán)境作為一個整體 , 研究其 中的相互作用、協(xié)同演變 , 以及社會經(jīng)濟環(huán)境對 其調(diào)節(jié)控制規(guī)律 , 促進農(nóng)業(yè)全面持續(xù)發(fā)展的學 科。agroecology is a branch of ecology in agriculture. it studies the structure, functions, regulation, and management of agricultural ecosystems. the aim is to develop sustainable

2、agriculture. 生態(tài)學 (ecology) 研究生物和環(huán)境之間相互關系及其作用機理的學科ecology is a science which studies the interactions (relationships) between organisms and their environment.ecology is taken from two greek words oikos means houselogos means understanding or studyinge haechel 1869 defined ecology for the first time 教

3、學目標 1.系統(tǒng)地掌握生態(tài)學的基本原理，建立起生態(tài)系統(tǒng)的觀點，加強生態(tài)環(huán)境意識，樹立人與自然協(xié)調(diào)相處的觀念；2.掌握農(nóng)業(yè)生態(tài)學要揭示農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構組成規(guī)律、功能運轉(zhuǎn)規(guī)律、輸入輸出構成規(guī)律、效益與效率提高規(guī)律、系統(tǒng)調(diào)控規(guī)律、系統(tǒng)演變規(guī)律等。3. 通過對農(nóng)業(yè)歷史、現(xiàn)狀和未來的分析，使學生了解國際和國內(nèi)的農(nóng)業(yè)生態(tài)問題和解決的途徑，對生物多樣性保護、生態(tài)農(nóng)業(yè)建設、農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展、健康安全食品生產(chǎn)有一個全面的認識，使學生今后能自覺尊重生態(tài)規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)律，注意資源的保護，為農(nóng)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展服務。 農(nóng)業(yè)生態(tài)學課程主要內(nèi)容1. 緒論：概念、發(fā)展史、研究對象2. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構：基本生物結(jié)構和綜合結(jié)構

4、3. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的功能：能量流動和物質(zhì)循環(huán)4. 農(nóng)業(yè)資源及其效益5. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制6. 農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展7. 中國的生態(tài)農(nóng)業(yè)8. 農(nóng)業(yè)生態(tài)工程主要章節(jié) 第一節(jié) 生態(tài)學的產(chǎn)生與發(fā)展 一、當前面臨的生態(tài)問題（一）國際1.全球變化（ global change) ：溫室效應 greenhouse effect 主要的溫室氣體： co2 、 ch4、n2o 、氟利昂 （是含氟、氯烴化合物的總稱）等 2：水土流失、沙漠化、鹽堿化后果：對人體健康、植物、生物化學循環(huán)等都有明顯影響。 3. 生物多樣性銳減 (reduction of biodiversity)（右圖是瀕臨滅絕的大熊貓、東北虎和

5、已滅絕的澳洲袋狼）遺傳多樣性 genetic biodiversity 物種多樣性 species biodiversity 生態(tài)系統(tǒng)多樣性 ecosystem biodiversity （二）國內(nèi)面臨的環(huán)境問題 1. ：水土流失 (soil and water erosion)沙漠化 (desertification) 、鹽堿化 (salinization) 2. 植被破壞：森林、草地、城市綠地等 3. 環(huán)境污染：工業(yè)三廢、農(nóng)業(yè)污染、城市垃圾等 生態(tài)環(huán)境問題的實質(zhì)是人類的文明與支持這個文明的自然系統(tǒng)之間不協(xié)調(diào)，以致出現(xiàn)了不能持續(xù)發(fā)展的關。二、生態(tài)學的概念 （ ecology)1866 年德國

6、的生物學家 e.haeckel 首先在其著作有機體的普通形態(tài)學中第一次提出定義：生態(tài)學是研究生物和環(huán)境之間相互關系及其作用機理的學科。 ecology is the study of the interactions between organisms and their environment. 生物的環(huán)境既包括光、熱、水、氣、各種元素等非生物環(huán)境 (physical environment) ，也包括動物、植物、微生物等生物環(huán)境 (biotic environment) 。 三、生態(tài)學發(fā)展的歷史階段 1. 生態(tài)學誕生以前時期，主要是生態(tài)學知識的積累階段（公元前 2000 年 公元 14-1

7、6 世紀）。（1）公元前 700 年，李聃的道德經(jīng)表達了 “ 金木水火土 “ 五行相 生相克的思想；（2）公元 100-200 年秦漢 “ 二十四節(jié)氣 ” ；（3）明朝馬 - 龍農(nóng)說，用陰陽來描述生態(tài)平衡。（4）古希臘哲學家 aristotle 其弟子提出植物群落的含義及與自然環(huán) 境的關系 2. 生態(tài)學成長期（公元 15 世紀 20 世紀 40 年代）（1）1749 年布豐生命律； 1803 年馬爾薩斯人口論（2）1859 年達爾文發(fā)表物種起源，創(chuàng)立了生物進化論（3）1869 年德國的?？藸枺?e. haekel ）正式將生態(tài)學定義為研究 有機體與其環(huán)境條件相互關系的科學。 3. 近代生態(tài)學時

8、期（ 20 世紀 40 年代 60 年代）。（1）1935 年英國生態(tài)學家坦斯列（ a. g. tansley ）第一次提出生態(tài)系統(tǒng)的概念。（2）1941 年美國年輕生態(tài)學家林德曼（ r. l. lindeman ）提出食物鏈中能量利用的 “ 十分之一定律 ” 。（3）1952 年 e. p. odum 發(fā)表了生態(tài)學基礎，第一次以生態(tài)系統(tǒng)為中心建立了完整的生態(tài)學。 4. 生態(tài)學應用與調(diào)控時期（ 20 世紀 60 年代以來）。（1）1962 年寂靜的春天； 1962 年的 ibp 計劃（國際生物學計劃）（2）1971 年的 mab 計劃（人與生物圈計劃） 現(xiàn)在的 igbp 計劃（國際地圈生物圈計

9、劃） （3）1972 年 6 月瑞典斯德哥爾摩 “ 人類環(huán)境大會 ” ，發(fā)表了人類環(huán)境宣言（4）1992 年 6 月巴西里約熱內(nèi)盧 “ 聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會 ” ，制定了保護生物多樣性公約、氣候變化公約、關于森林問題的原則申明、里約熱內(nèi)盧宣言生態(tài)學開始配合經(jīng)濟發(fā)展探討定量調(diào)節(jié)控制生態(tài)系統(tǒng)的理論與方法，生態(tài)系統(tǒng)工程進入許多生產(chǎn)領域 四、生態(tài)學的分支 1. 按生物類別分為：動物生態(tài)學、植物生態(tài)學、微生 物生態(tài)學、人類生態(tài)學等 2. 按環(huán)境性質(zhì)分為：陸地、海洋、湖沼等生態(tài)學 3. 按生物組織層次分為：基因 (gene) 、分子 (molecule) 、個體 (individual) 、種群 (pop

10、ulation) 、群 落 (community) 、生態(tài)系統(tǒng) (ecosystem) 、景觀 (landscape) 、生物圈 (biosphere)4. 生態(tài)學與不同的學科結(jié)合形成：農(nóng)業(yè)生態(tài)學、森林 生態(tài)學、系統(tǒng)生態(tài)學、環(huán)境生態(tài)學、經(jīng)濟生態(tài)學、 數(shù)學生態(tài)學、物理生態(tài)學、化學生態(tài)學等。 第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)學產(chǎn)生和發(fā)展 一、農(nóng)業(yè)生態(tài)學的產(chǎn)生及發(fā)展 1. 土壤學、氣象學、栽培學等通常是從某一側(cè)面研究生 物與環(huán)境之間的關系。 2. 60 年代開始的 “ 污染、資源、能源、糧食、人口 ” 等五大生態(tài)危機的根源是對生態(tài)系統(tǒng)缺乏整體認識。人們 逐步認識到從生態(tài)系統(tǒng)水平認識農(nóng)業(yè)的重要性。 3. 從 70 年

11、代開始，以生態(tài)系統(tǒng)為核心的農(nóng)業(yè)生態(tài)學逐步 建立起來。1976 年在荷蘭召開國際農(nóng)業(yè)生態(tài)會議 1972 年日本小田桂三郎發(fā)表農(nóng)田生態(tài)學 1978 年 g.w.cox 發(fā)表農(nóng)業(yè)生態(tài)學一書，農(nóng)業(yè)生態(tài)學 開始建立起來1987 年馬世駿出版農(nóng)業(yè)生態(tài)工程 二、農(nóng)業(yè)的發(fā)展推動農(nóng)業(yè)生態(tài)學的發(fā)展 1. 人類和生物的增長受資源與環(huán)境的約束，地球資源有限，而人口不斷增加，對物質(zhì)的需求也不斷增加。 2. 人類社會的發(fā)展經(jīng)歷四個階段 （1）舊石器以前的原始時代： 人類完全依賴自然，生產(chǎn)力 極低 （2）人類開始改造自然時代： 人類開始改造自然和利用更 多的自然資源 從原始社會到工業(yè)時代前面這兩個時代人類認為大自然主宰一切

12、，于是人們信奉上帝、神等神秘的力量操縱自然。（3）經(jīng)濟大發(fā)展的工業(yè)化時代：人類利用各種現(xiàn)代 手段強烈干預自然，掠奪式開發(fā)使用資源，致 使資源枯竭、環(huán)境破壞。這時人們認為人類可 以主宰一切。（4）后工業(yè)化時代：這時人類主張與大自然協(xié)調(diào)相處，發(fā)展經(jīng)濟的同時也自覺進行生態(tài)建設，利用資源與保護和增殖資源相結(jié)合。 三、中國的農(nóng)業(yè)發(fā)展與農(nóng)業(yè)生態(tài)學 1 古代很早就有樸素的思想：用地養(yǎng)地、基 塘系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)、生物防治等2. 70 年代末期提出生態(tài)農(nóng)業(yè)（ ecological agriculture) 是對農(nóng)業(yè)生態(tài)學的很好實踐。 50 個 生態(tài)農(nóng)業(yè)試點縣，到 100 個，已有 7 個獲聯(lián)合國 全球 500 佳稱

13、號。北京留民營村、浙江蕭山山一村、遼寧大 洼縣西安生態(tài)養(yǎng)殖場、江蘇泰縣河橫村、安徽 穎上小張莊、浙江瑾縣上李家村、浙江奉化縣 騰頭村等 第三節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概念 一、系統(tǒng) (system) 1.定義 系統(tǒng)論的創(chuàng)始人是奧地利的貝塔朗菲（ l. v. bertalanffy ）。 系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干個組 成部分結(jié)合而成的、具有特定功能的整體。系統(tǒng)必須具備的三個條件：由二個以上的組分組成；組分之間有密切的聯(lián)系；以整體 方式完成一定的功能。2.系統(tǒng)的結(jié)構特點 系統(tǒng)都有邊界。 系統(tǒng)具有層次性。即系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng) 組成，系統(tǒng)本身也是更大系統(tǒng)的子系統(tǒng)。構成系統(tǒng)的組分間有一定的量比關系。系統(tǒng)

14、的組分在空間上有一定的排列位置關系。 3. 系統(tǒng)的功能特點和系統(tǒng)研究的基本途徑 （ 1 ） 系統(tǒng)功能的整合性：即整體大于部分之和。通常形象地稱 “ 1+12 ” （ 2 ） 系統(tǒng)研究的基本途徑有：“ 黑箱 ” ：只了解系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換特性，了解系統(tǒng)的輸 出對系統(tǒng)的輸入的響應規(guī)律，而不揭示引起這種特性 或響應規(guī)律的系統(tǒng)內(nèi)部原因。“ 白箱 ” ：著重了解系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構和功能對系統(tǒng)的 行為和表現(xiàn)作出解釋?！?灰箱 ” ：實際研究中常采用。即在重點層次、組分和關系上用白箱的方法，其它用黑箱方法。 二、生態(tài)系統(tǒng) (ecosystem) 1 生態(tài)系統(tǒng)的定義 生態(tài)系統(tǒng)是在一定的空間內(nèi)的全部生物和非生物環(huán)境相互作用形

15、成的統(tǒng)一體。 景觀區(qū) (landscape) 是由地理、生物和人類活動結(jié)果所綜合組成的空間和視覺的整體。 景觀生態(tài)學 (landscape ecology) 不僅在 “ 垂直 ” 方向研究特定地點上的生物和環(huán)境的相互關系，而且在 “ 水平 ” 方向研究異質(zhì)區(qū)域間的相互影響，把特定地點上的同質(zhì)區(qū)域稱為景觀元素。2 生態(tài)系統(tǒng)的基本組分生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構上包括兩大組分：環(huán)境組分和生物組分。環(huán)境組分包括四方面：輻射 (radiation) 、 氣體 (air) 、水 (water) 、土體 (soil) 。生物組分包括生產(chǎn)者 (producer) 、大型消費者 (consumer) 和小型消費者 ( 分解

16、者 decomposer) 。3. 生態(tài)系統(tǒng)區(qū)別于一般系統(tǒng)的特點 （ 1 ） 組分上包括生物，生物群落是生態(tài)系統(tǒng)的核心。 （ 2 ） 空間上有明顯的地域性。 （ 3 ）具有明顯的時間特征，具有從簡單到復雜，從低級到高級的發(fā)展演變規(guī)律（ 4 ） 系統(tǒng)的各組分間處于動態(tài)的平衡中。各生態(tài)系統(tǒng)都是程度不同的開放系統(tǒng)，不斷地從外界輸入能量和物質(zhì)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換變?yōu)檩敵?，從而維持系統(tǒng)的有序性。 4. 主要的生態(tài)系統(tǒng)類型 (1). 根據(jù)環(huán)境的性質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)可劃分為陸地生態(tài)系統(tǒng) (terrestrial ecosystem)分為：a.森林生態(tài)系統(tǒng)b.草原生態(tài)系統(tǒng)c.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng) 淡水生態(tài)系統(tǒng) (freshwater

17、ecosystem) 海洋生態(tài)系統(tǒng) (ocean ecosystem) 。(2). 根據(jù)受人類干擾的程度可劃分為：a.自然生態(tài)系統(tǒng)b.人工馴化的生態(tài)系統(tǒng)c.人工生態(tài)系統(tǒng)。 三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) (agroecosystem) 1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的定義 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)生物與環(huán)境之間的能量和物質(zhì)聯(lián) 系建立起來的功能整體。 ? 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是馴化的生態(tài)系統(tǒng)，既受生態(tài)規(guī)律的制 約，也受經(jīng)濟規(guī)律的制約。2 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本組分 生物組分：農(nóng)業(yè)生物如農(nóng)作物、家畜、家禽、家魚、 家蠶等，以及與這些生物有密切聯(lián)系的病蟲害、雜草 等。其中的大型消費者也包括人。環(huán)境組分：受到人類的不同程度的調(diào)節(jié)和影響。而有 些環(huán)

18、境如溫室、禽舍等完全是人工環(huán)境。 3 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構 組分結(jié)構 (component structure) ；時空結(jié)構 (spatio-temporal structure) ；營養(yǎng)結(jié)構 (trophic structure) 。4 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本功能 能量流 (energy flow) ：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)除輸入太陽能 外，還輸入人工輔助能。物質(zhì)流 (matter flow) ：各種化學元素在生態(tài)系統(tǒng)中被生物吸收并傳遞，在生物與環(huán)境之間以及生物與生物之間形成連續(xù)的物質(zhì)流。 信息流 (information flow) ：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)通過信源 的信息產(chǎn)生，信道的信息傳輸和信宿的信息接受形成 信息流。價值流 (catipal flow) ：價值可以在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中被轉(zhuǎn)換成不同的形式，并可以在不同組分間轉(zhuǎn)移。5. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)別 類別 自然生態(tài)系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 生物構成 生物 農(nóng)業(yè)生物、人類 環(huán)境組分 自然環(huán)境 人工調(diào)控 系統(tǒng)穩(wěn)定性 高 低 開放性 封閉 開放 凈生產(chǎn)力 低 高 服從規(guī)律 自然規(guī)律 自然和經(jīng)濟規(guī)律 第四節(jié) 農(nóng)